FYZIOLOGIE STRESU
Typy stresů Abiotický (vliv vnějších podmínek) sucho, zamokření, zasolení půd, kontaminace prostředí toxickými látkami, chlad, mráz, vysoké teploty... Biotický (způsobený jiným druhem organismu) např. herbivorní hmyz na rostlinách, parazité 2
Abiotický stres - sucho Celosvětově má v posledních letech největší význam sucho Nedostatek vláhy v půdě souvisí často se zvýšeným obsahem solí zasolením Nepříznivý účinek na rostliny, které nejsou schopné lokomočního pohybu Rostliny se brání stresu např. vytvořením hlubokého kořenového systému, díky kterému dosáhnou až ke zdroji spodní vody Šlechtění rostlin na odolnost vůči suchu (včetně GMO brambory) 3
Abiotický stres - sucho Stres suchem je aktuální také v ČR především na jižní Moravě Velký podíl na situaci má činnost člověka odlesňování velkých ploch kvůli rozšíření zemědělských ploch (pole, louky) Velký úbytek mokřadů a přírodních rezervoárů vody v krajině, které dodávaly vláhu okolí vzniklá pole a louky tak trpí suchem, musí být uměle zavlažována a nedosahují požadovaného výnosu V současnosti snaha obnovit mokřady probíhá již na Šumavě 4
Abiotický stres - sucho Voda je hlavní součástí všech organismů Nejvíce vody obecně obsahují rostliny a houby, které mají vakuoly Voda je pro rostliny nejlevnějším stavebním materiálem důležitá zvláště u bylin v oblastech s kratší vegetační dobou, kdy musí absolvovat cestu od semene až po reprodukci (nová generace zralých semen) 5
ROS, Oxidační stres Téměř každý druh abiotického stresu souvisí na subbuněčné úrovni s oxidačním stresem ROS = Reactive Oxygen Species (reaktivní formy kyslíku) ROS poškozují biomembrány (membránové lipidy), nukleové kyseliny a proteiny U organismů s aerobním metabolismem vzniká určité množství ROS přirozenou cestou v chloroplastech a mitochondriích koncentrace ROS se zvyšuje při působení stresu 6
ROS reaktivní formy kyslíku volné kyslíkové radikály (H 2 O 2, O 2, OH) alkoxyradikály (RO ) peroxyradikály (ROO ) uvedené radikály jsou produkovány některými xenobiotiky po vstupu do organismu tvoří se při redukci některých aromatických nitrosloučenin a kovů kyslíkové radikály napadají SH skupiny proteinů; přítomnost v blízkosti DNA - mutageneze 7
Obrana proti ROS Proti oxidačnímu stresu působí antioxidanty neenzymatické vitaminy (askorbát, tokoferol) ochranné pigmenty (karotenoidy) glutathion specializované antioxidační enzymy např. glutathionperoxidasa, superoxiddismutasa aj. obě složky bývají zpravidla provázány 8
Antioxidační systém Antioxidační obrana existuje v organismu v bazální úrovni (ROS vznikají přirozeně) Při stresu se množství a aktivita antioxidantů a antioxidačních enzymů zvyšuje Mohou se objevit i nové formy těchto enzymů (tzv. izoenzymy) aktivované zvláštními geny Měření aktivity antioxidačních enzymů a produktů peroxidace membrán slouží k detekci stresu organismu dřív, než se známky stresu projeví např. na úrovni morfologie 9
Další obranné systémy Specializované molekuly vyvazující nadbytečné a toxické kovy metalothioneiny (různé kovy) a fytochelatiny (pouze u rostlin; toxické kovy) Tyto proteiny obsahují velké množství cysteinu (- SH skupiny pro vazbu kovů) Odvádějí kovy stranou metabolických reakcí (např. do vakuoly) V případě potřeby metalothioneiny uvolňují esenciální kovy zpět do cytoplasmy (podílejí se tedy na udržování homeostáze) 10
Heat Shock Proteiny příklad specializovaných proteinů syntetizovaných při stresových podmínkách heat shock proteiny proteiny teplotního šoku objevují se při nadměrně vysokých teplotách mají jiné fyzikální vlastnosti oproti běžně syntetizovaným proteinům např. chaperony vytváří jakési obaly pro nově syntetizované proteiny uvnitř chaperonu se vytváří prostorová struktura nového proteinu 11
Další obranné molekuly Buňky produkují různé varianty proteinů a dalších molekul za různých podmínek při stresu se syntetizují specializované proteiny polyaminy (ochrana před oxidačním poškozením) zvyšuje se obsah volných aminokyselin a organických kyselin (vyvazují např. molekuly herbicidů) speciální stresové hormony (které řídí spuštění obranného systému včetně genové exprese antistresových proteinů) 12
Stres vs. ideální podmínky ideální podmínky bývají spíše literárním fiktivním pojmem např. jak definovat ideální podmínky pro rostlinu mírného pásu, kde se plynule mění během roku klimatické podmínky? nízká hladina stresu je pro organismus dobrá podporuje růst a udržuje jej v kondici např. imunitní systém zvířat by se bez setkávání s cizorodými agens nemohl rozvinout při stresu se zvyšuje aktivita obranných systémů při nadměrném či dlouhotrvajícím stresu obvykle organismus hyne 13
Doporučená literatura Procházka, S., Macháčková, I., Krekule, J., Šebánek, J. a kol.: Fyziologie rostlin. Academia, Praha 1998. 14